CC BY
56
УДК 528.85
Е.Н. Кулик
СГГ А, Новосибирск
ОПЫТ ОСВОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В ИНСТИТУТЕ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ СГГА
На протяжении 4 лет Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА) является участником программы поддержи ВУЗов, объявленной ООО «Датой+» (г. Москва) и ведущими мировыми
производителями геоинформационных программных продуктов. В рамках программы СГГА применяет в своих образовательных и научно -исследовательских целях систему обработки данных дистанционного зондирования ERDAS Imagine (Leica Geosystems&GIS Mapping) и обеспечение ArcInfo&ArcView GIS(ESRI). Данные продукты являются одними из лидеров на рынке программного обеспечения для обработки пространственной информации.
Программа поддержки ВУЗов предусматривала подготовку специалистов по работе с вышеозначенными системами в сертифицированных учебных центрах. Лицензированными специалистами позже были проведены обучающие курсы для освоения систем составом аспирантов и преподавателей профильных кафедр. Система ERDAS Imagine, ориентированная на обработку аэрокосмических снимков, стала активно использоваться в дипломном проектировании, исследованиях аспирантов, включаться в лабораторные и практические занятия студентов разных форм обучения.
В первых проектах средства систем использовались не в полном функциональном объеме, однако постепенно ставились более сложные задачи, прорабатывались новые пути их решения, строились технологии, разрабатывались методики. И сегодня, без доли преувеличения, можно смело говорить о том, что ряд дисциплин учебного процесса кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, экологии и природопользования не могут обойтись без таких современных и полнофункциональных средств обработки данных о Земле, таких как ERDAS Imagine и ArcView GIS.
В научно-исследовательских проектах геоинформационные программные средства использовались:
- При разработке методики автоматизированного выявления мест нефтезагрязнений по аэрокосмическим снимкам;
- Для автоматизированного набора эталонов с целью дешифрирования нефтезагрязнений методами управляемой классификации;
- Для повышения пространственного разрешения космической информации с помощью слияния её с аэроснимками;
- Для проведения оценки точности результатов классификаций различных типов;
- При разработке методики автоматизированной оценки точности классификации изображений по параметрическим и непараметрическим решающим правилам;
- Для разработки методики определения коэффициентов спектральной яркости нефтезагрязнений по космическим снимкам;
- При разработке методики атмосферной коррекции для
предварительной обработки аэрокосмической информации (на основе анализа гистограмм распределения яркостей в каждом спектральном канале и введения коэффициента поправки в исходные изображения в зависимости от типа рассеивания атмосферы);
- Для построения трёхмерной модели нефтегазодобывающего комплекса и моделирования развития процесса нефтеразлива в окружающей природной среде;
- При построении карт динамики мест нефтезагрязнений по разновременным космическим снимкам, полученным различными съёмочными системами;
- При разработке технологии построения 3d карт городской и сельской территории на примере аэрофотоснимков г. Новосибирска и с. Краснозёрское;
- При разработке технологий обработки неметрических цифровых снимков различных биологических объектов для решения прикладных задач:
- Разработана методика оценки степени поражения листьев пшеницы стеблевой ржавчиной по цифровым макроснимкам;
- Методика определения количественных характеристик внутреннего строения листа видов рода копеечник;
- Методика обработки стереопар микроизображений пыльцевых зерен.
В рамках научно-исследовательских работ были получены:
- База пространственных данных на основе картографической и аэрокосмической информации для геоинформационного обеспечения учебных практик на район полигона «Боровое»;
- Электронные мультимедийные обучающие приложения по дисциплинам геоинформационного направления;
- Методики освоение модулей системы ERDAS Imagine для фотограмметрической обработки снимков.
Разработан ряд лабораторных работ и методических рекомендаций по использованию ГИС-пакетов ERDAS Imagine и ArcView GIS в учебном процессе кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, которые вошли в учебно-методические комплексы таких дисциплин как:
- Геоинформационные системы природопользования;
- Геоинформационные системы управления городской средой;
- Основы ГИС;
- Автоматизация обработки аэрокосмической информации;
- Дистанционное зондирование;
- Мониторинг лесов по материалам аэрокосмических съемок;
- Основы аэрокосмического мониторинга окружающей среды;
- Аэрокосмические методы мониторинга поверхности Земли;
- Цифровая фотограмметрия.
Примерами лабораторных работ, выполняемых с использованием ERDAS Imagine могут служить:
- Отработка технологии географической привязки и трансформирования снимков, полученных с космических летательных аппаратов. В процессе работы студенты приобретают навыки подбора параметров трансформирования, идентификации и измерения соответственных точек пары снимков, вычисления параметров трансформирования, контроля и оценки точности измерений соответственных точек;
- Ортотрансформирование космического снимка SPOT с использованием каталога координат опорных точек и цифровой модели рельефа. В процессе работы студенты приобретают навыки задания параметров картографической проекции, опознавания и измерения опорных точек на снимке;
- Монтаж фотоплана. В процессе работы студенты приобретают навыки монтажа перекрывающихся изображений, задания линии сшивки цифровых изображений, оценки точности сшивки по соответственным контурам на линии сшивки, зарамочного оформления полученного фотоплана.
В рамках летних учебных практик проходит знакомство с методами автоматизации дешифрирования в системе ERDAS Imagine. Осваиваются процедуры геометрической коррекции спектрозональных снимков, процедуры автономной классификации с последующей перекодировкой, генерализацией тематических данных и назначением имен классов.
Программные средства позволяют выпускать специалистов современного уровня подготовки. Системы ERDAS Imagine и ArcView GIS являлись базой для проведения экспериментов в рамках дипломных проектов студентов специальностей «Аэрофотогеодезия», «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами», «Геоэкология»:
1. «Использование геоинформационных технологий для решения тематических задач в сфере маркетинга» 2004/05 уч.год (ст. Алферова С.)
2. «Автоматизация расчетов показателей экологического потенциала в среде ГИС» 2004/05 уч.год (ст. Мурина А.)
3. «Использование материалов дистанционного зондирования для решения тематических задач оценки лесных ресурсов и растительного покрова» 2004/05 уч. год (ст. Полетаева М.)
4. Разработка геоинформационной технологии создания электронного атласа для целей геоэкологической паспортизации районов Новосибирской области - 2003/04 уч.год (ст. Егорова Е.)
5. Паспортизация природных объектов средствами ГИС по материалам космических съемок - 2003/04 уч.год (ст. Горн О.)
6. «Разработка технологий создания трехмерных карт с
использованием ERDAS IMAGINE» 2003/04 уч.год (ст. Голикова М.)
7. «Построение карт динамики нефтезагрязнений на примере
месторождения Пограничное» 2003/04 уч.год.(рук. Павленко А.В.)
S. «Применение информационных технологий в управлении водными ресурсами» 2003/04 уч.год (ст. Прудников Р, рук. Трубина Л.К.)
9. «Геоинформационное моделирование данных в растровой ГИС «ERDAS IMAGINE» 2003/04 уч.год (ст. Ермакова М.)
10. «Разработка методики повышения достоверности автоматизированного дешифрирования многозональных снимков лесных территорий» 2003/04 уч.год (ст. Дементьева О.)
11. «Фотограмметрические решения в ERDAS Imagine» 2002/03 уч.год (ст. Лидер В.)
12. «Технология создания электронных тематических карт в среде ГИС» 2002/03 уч.год (ст. Рябченко А., Аблоухова Н.)
13. «Построение трёхмерной модели нефтепромысла средствами
различных ГИС» 2002/03 уч.год (ст. Балина Л.)
14. «Оценка достоверности классификаций, проведённых по параметрическим и непараметрическим наборам эталонов» 2002/03 уч. год (ст. Сарсенова Н.)
15. «Разработка методики экспериментального расчёта коэффициентов спектральной яркости нефтезагрязнений по космическим снимкам» 2002/03 уч.год (ст. Долгополова Т.)
16. «Создание базы пространственных данных для геоинформационного обеспечения учебных практик на район полигона «Боровое» - 2001/02 уч.год (ст. Логинова Н.)
17. «Разработка методики создания набора эталонов для выявления различных типов нефтезагрязнений по космическим снимкам методами управляемой классификации» 2001/02 уч. год (ст. Бахарева А.)
1S. «Разработка электронных мультимедийных обучающих приложений по дисциплинам геоинформационного направления» 2000/01 уч.год (ст. Бугрова О., Пономаренко А.)
Высокие функциональные возможности пакетов обработки пространственной информации позволяют эффективно использовать его в учебном процессе при подготовке специалистов по направлению «Фотограмметрия и дистанционное зондирование».
Одним из направлений научных исследований на кафедре фотограмметрии и дистанционного зондирования на сегодня является разработка и исследование системы мониторинга чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера по материалам аэрокосмических съемок. В рамках этого направления широко применяется многофункциональная система ERDAS Imagine.
Работа посвящена вопросам разработки региональной системы оперативного мониторинга, позволяющей решать задачи слежения и прогнозирования обстановки для целей обеспечения информационной
поддержки принятия управленческих решений по организации предупредительных мероприятий, а также ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.
Одной из основных задач, решаемых на основе данных дистанционного зондирования (ДЗ), является оперативное получение данных о чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера, а также об экологической, геофизической и метеорологической обстановке для прогноза опасных явлений. Сочетание визуальных и инструментальных методов, использование космических средств позволяет существенно расширить контролируемую территорию, повысить периодичность наблюдения, оперативность обнаружения чрезвычайных ситуаций, точность определения размеров пораженной площади и наносимого ущерба природным экосистемам.
Современные методы многозональных съемок и возможности полнофункционального спектрального анализа изображений, являются идеальным инструментом по детектированию природных и антропогенных объектов на основе их характерных спектральных признаков.
Перспективы развития пользовательского модуля - это доведение его до уровня экспертной системы: системы поддержки принятия управленческих решений по оптимизации временных, финансовых и технических затрат.
Система, основанная на модульности как функциональной, так и тематической, является легко адаптируемой под задачи оперативного мониторинга различных объектов природной среды (мониторинг растительности, паводковые ситуации, нефтяные загрязнения, сельское хозяйство и др.). Как правило, мониторинг основан на анализе временных серий космических снимков. По космическим данным возможно проводить качественную оценку существующих ситуаций и наблюдать за динамикой их развития, точно отслеживая скорости распространения. Детектируя события на космоснимках, фиксируя скорость распространения их, можно сопоставлять результат с какой-либо статистической моделью и более точно устанавливать границы распространения явления, делать выводы и прогнозы.
© Е.Н. Кулик, 2005
